RU193143U1 - Нелинейно-оптический элемент на основе монокристалла GaSe с двусторонним просветляющим покрытием для генерации терагерцового излучения - Google Patents
Нелинейно-оптический элемент на основе монокристалла GaSe с двусторонним просветляющим покрытием для генерации терагерцового излучения Download PDFInfo
- Publication number
- RU193143U1 RU193143U1 RU2019118477U RU2019118477U RU193143U1 RU 193143 U1 RU193143 U1 RU 193143U1 RU 2019118477 U RU2019118477 U RU 2019118477U RU 2019118477 U RU2019118477 U RU 2019118477U RU 193143 U1 RU193143 U1 RU 193143U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gase
- terahertz
- crystal
- optical element
- antireflection coating
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к устройствам нелинейной оптики и устройствам для изменения частоты света, в частности к оптико-терагерцовым преобразователям, а также материалам и оптическим элементам для генерации и детектирования терагерцовых импульсов в схемах импульсной терагерцовой спектроскопии. Целью полезной модели является снижение потерь вводимого излучения на отражения, повышение функциональности и долговечности оптического элемента из GaSe, упрощение конструкции нелинейно-оптического элемента, повышение функциональности и долговечности устройства. Сущность: нелинейно-оптический элемент на основе монокристалла GaSe с просветляющим покрытием для генерации терагерцового излучения, включающий пластину из селенида галлия и просветляющее покрытие из SiO, отличающийся тем, что пленки просветляющего покрытия нанесены на обе стороны пластины GaSe и выполнены однослойными. Технический результат полезной модели заключается в повышении КПД оптико-терагерцового преобразователя на основе кристалла GaSe на величину до 28 % за счет снижения потерь на отражение излучения фемтосекундного лазера, повышении функциональности и долговечности устройства за счет помещения кристалла GaSe в защитный держатель, а также защите кристалла GaSe от окисления, что ведет к стабильности его характеристик на протяжении длительного периода времени. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Полезная модель относится к устройствам нелинейной оптики и устройствам для изменения частоты света (МПК G02F1/35; G02F2/02), в частности к оптико-терагерцовым преобразователям [1], а также материалам и оптическим элементам для генерации и детектирования терагерцовых импульсов в схемах импульсной терагерцовой спектроскопии [2-5]. Известны преобразователи частоты фемтосекундных лазерных импульсов в терагерцовый диапазон частот (0,1-10 ТГц) за счет оптического выпрямления [2-5], коллинеарной и неколлинеарной генерации разностных частот на основе кристаллов селенида галлия (GaSe) [6]. Функциональность нелинейно–оптических элементов ограничивается низкой механической твердостью и слоистостью селенида галлия, склонностью формированию пленки собственного окисла на поверхности [7], а также высоким коэффициентом отражения для излучения ближнего ИК диапазона. Высокие коэффициенты отражения приводят к тому, что до 25 % мощности падающего лазерного излучения не проникает в кристалл (отражается от передней грани). В наибольшей степени указанные недостатки нелинейно-оптических элементов на основе GaSe критичны при генерации ультракоротких (100-200 фс) и высокоинтенсивных (до 100 МВ/см) импульсов высокочастотного терагерцового излучения (до 100 ТГц и выше).
Известны устройства (схемы) генераторов терагерцового излучения на кристаллах селенида галлия [3-6]. В таких схемах кристалл не имеет оптического просветления, что понижает КПД преобразователя. На кристалл подается фемтосекундный лазерный импульс с центральной длиной волны 700-850 нм и спектральной шириной 10-120 нм, который проникает в кристалл и наводит в нем волны поляризации, которые переизлучают электромагнитное излучение на комбинационных частотах.
Известны нелинейно–оптические элементы на основе GaSe, в которых пленка просветляющего покрытия выполнена в два слоя из различных материалов – Si3N4 и SiO2, обеспечивающих увеличение пропускания излучения на длине волны 810 нм через образец GaSe толщиной 1,3 мм до 93 % и повышение КПД оптико-терагерцового преобразования при оптическом выпрямлении фемтосекундных импульсов с центральной длиной волны вблизи 810 нм на величину до 5% [2] (выбрано прототип). Такая конструкция нелинейно–оптического элемента сложна для изготовления, у неё велики потери вводимого излучения на отражения.
Целью настоящей полезной модели является устранение указанных выше недостатков оптико-терагерцовых преобразователей частоты на основе селенида галлия, а именно: снижение потерь вводимого излучения на отражения; повышение функциональности и долговечности оптического элемента из GaSe за счет защиты поверхности от воздействия атмосферы; упрощение конструкции нелинейно–оптического элемента, повышение функциональности и долговечности устройства и улучшение его основных рабочих характеристик по сравнению с решением, раскрытым в прототипе.
Для этого в нелинейно-оптическом элементе для генерации терагерцового излучения на основе монокристалла GaSe, включающем пластину из селенида галлия и просветляющее покрытие, пленки просветляющего покрытия из SiO2 нанесены на обе стороны пластины GaSe и выполнены однослойными.
При конкретном воплощении для установки в оптические схемы кристалл GaSe с просветляющими покрытиями помещен в металлический (например, алюминиевый) защитный держатель, имеющий основание и защитную крышку с круглой апертурой, а сам элемент выполнен с клеевой защитой торцов кристалла от окисления. Пленки просветляющего покрытия могут быть выполнены толщиной 137 нм.
Поясняющие иллюстрации
Фиг. 1. Схематическое изображение нелинейно-оптического элемента для генерации терагерцового излучения. Здесь 1 - кристалл GaSe; 2 - фиксирующие болты; 3 - защитная крышка из алюминия; 4 - защитная шайба из оргстекла; 5 - основание из алюминия; 6 - слой клея; 7 – однослойное просветляющее покрытие (пленка SiO2).
Фиг. 2. Схема двустороннего просветляющего покрытия на кристалле GaSe из пленок одинаковой толщины d.
Фиг. 3. Спектры пропускания пластин селенида галлия. a – с однослойным покрытием в виде пленок SiO2 толщиной 137 нм с обеих сторон, dGaSe= 810 мкм; b – с однослойным покрытием в виде пленок SiO2 толщиной 137 нм с обеих сторон, dGaSe= 810 мкм, αGaSe=0,1 см-1 (расчет); c – без просветляющих пленок (dGaSe = 840 мкм).
Фиг. 4. Схема установки импульсной терагерцовой спектроскопии. Здесь 8 – фемтосе-кундный лазер, 9 – зеркало, 10 – линза, 11 - светоделительная пластина; 12 -линия задержки; 13 – призма Волластона, 14 - четвертьволновая пластинка, 15 - параболическое зеркало, 16 – тефлоновый фильтр, 17 - детектор (кристалл ZnTe), 18 – нелинейно-оптический элемент из GaSe, 19 –модулятор, 20 – ослабитель, 21 - балансные фотодиоды.
Фиг. 5. Спектры импульсов терагерцового излучения, генерированные в кристаллах селенида галлия. d – с однослойным покрытием в виде пленок SiO2 толщиной 137 нм с обеих сторон, dGaSe= 810 мкм; e – с однослойным покрытием в виде пленок SiO2 толщиной 137 нм с обеих сторон, dGaSe= 810 мкм (после выдержки в атмосфере в течение 1 месяца); f – без просветляющих пленок (dGaSe = 840 мкм). Детектирование осуществлялось в кристалле ZnTe. Преобразовывалось излучение фемтосекундного лазера с центральной длиной волны 800 нм, шириной импульса 10 нм и энергией в импульсе 10 нДж.
Фиг. 6. Спектры импульсов терагерцового излучения, генерированные в кристаллах селенида галлия. g – с однослойным покрытием в виде пленок SiO2 толщиной 137 нм с одной стороны, dGaSe=320 мкм; h – с однослойным покрытием в виде пленок SiO2 толщиной 137 нм с одной стороны, dGaSe=320 мкм (после выдержки в атмосфере в течение 1 месяца). Детектирование осуществлялось в кристалле ZnTe. Преобразовывалось излучение фемтосекундного лазера с центральной длиной волны 800 нм, спектральной шириной импульса 10 нм и энергией в импульсе 10 нДж.
В предлагаемой модели задача решается тем, что на кристалл GaSe наносится однослойное двустороннее просветляющее покрытие, а сам кристалл помещается в специальный металлический держатель (фиг. 1). Пластина из GaSe наклеивается на алюминиевую подложку с круглой апертурой. С торцов кристалла, для предотвращения расслоения кристаллической структуры, она покрывается толстым слоем клея. Далее изделие закрывается верхней крышкой с круглой апертурой, которая крепится к подложке с помощью винтов. Между верхней крышкой и подложкой вставляется кольцо из оргстекла.
Перед помещением в держатель на пластину GaSe наносится однослойное просветляющее покрытие [8] (фиг. 2). Пленка SiO2 наносится с помощью магнетронного распыления. Толщина пленки зависит от частоты излучения. Так, для получения максимального просветления на длине волны λ=800 нм при показателе преломления nSiO2, равном 1,46, она должна составлять dSiO2=(λ/4)/nSiO2=137 нм. Такие пленки наносятся с двух сторон пластины из GaSe. Это увеличивает коэффициент пропускания Т образца, и в то же время служит защитой от окисления поверхности кристалла GaSe. Коэффициенты пропускания T(λ) образцов при толщине dGaSe=810 мкм, измеренные и рассчитанные по известным соотношениям [8] T(λ)=(1-(Re(R(λ)))2+(Im(R(λ)))2)2exp(-αGaSedGaSe),
где R(λ)=(r1+r2(λ)·exp(-2·i·φ(λ))/(1+r1·r2(λ)·exp(-2·i·φ(λ)), φ(λ)=2π·nSiO2·dSiO2/λ,
r1=(1- nSiO2)/(1+ nSiO2), r2(λ)=(nSiO2- nGaSe(λ))/(nSiO2+ nGaSe(λ)) показаны на фиг 3. Для образца GaSe толщиной 810 мкм в диапазоне длин волн 750-940 мкм достигнуто значение пропускания на уровне 96-97 %, т.е. на 2-3 % выше, чем для элемента, описанного в полезной модели по прототипу.
При помещении описанного оптического элемента из селенида галлия с просветляющим покрытием в стандартную схему импульсной терагерцовой спектроскопии (Фиг. 4) может быть осуществлена генерация терагерцовых импульсов и записаны их спектральные характеристики. Оптический элемент помещается в схему так, что угол между осью c кристалла GaSe и волновым вектором падающего лазерного импульса составляет 10 градусов [4]. Элемент устанавливают в фокусе параболического зеркала. Лазерный луч фокусируется на поверхность кристалла селенида галлия с помощью линзы так, что диаметр пятна на поверхности кристалла составляет порядка 2 мм, а перетяжка смещена от фокуса последнего ближе к параболическому зеркалу. По сравнению с результатами измерения в аналогичных условиях кристалла GaSe той же толщины, но без просветляющего покрытия, наблюдается увеличение генерируемой мощности терагерцового излучения на 28 % (Фиг. 5). После выдержки данного нелинейно-оптического элемента из GaSe с однослойным двусторонним просветляющим покрытием в течение 1 месяца в условиях открытой среды (влажность воздуха 40-80 %) при проведении повторного измерения в тех же условиях уменьшение сигнала отсутствовало (Фиг. 5). При проведении в целях сравнения аналогичных измерений для образца GaSe с однослойным односторонним покрытием, обнаружено уменьшение сигнала после выдержки образца с незащищенной поверхностью на 9 % (Фиг. 6).
Техническим результатом полезной модели является повышение КПД оптико-терагерцового преобразователя на основе кристалла GaSe на величину до 28 % за счет снижения потерь на отражение излучения фемтосекундного лазера; повышение функциональности и долговечности устройства за счет помещения кристалла GaSe в защитный держатель, а также защиты кристалла GaSe от окисления, что ведет к стабильности его характеристик на протяжении длительного периода времени.
Источники информации
1. Оптико-терагерцовый преобразователь с черенковским излучением. Патент РФ на изобретение № 2574518 от 11.11.2014. Авторы: Бакунов Михаил Иванович, Машкович Евгений Александрович. Патентообладатель: Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (RU).
2. Нелинейно-оптический элемент на основе монокристалла GaSe с просветляющим покрытием для генерации терагерцового излучения. Патент РФ на полезную модель № 184751 от 18.06.2018. Авторы: Саркисов Сергей Юрьевич, Михайлов Тимофей Андреевич, Березная Светлана Александровна, Коротченко Зоя Владимировна, Редькин Руслан Александрович. Патентообладатель: Томский государственный университет (ТГУ) (RU).
3. C. Kubler et al. Ultrabroadband terahertz pulses: generation and field-resolved detection, Semicond. Science Technol., 2005, V. 27, N 7, S 128.
4. M.M. Nazarov et al. GaSe1−xSx and GaSe1−xTex thick crystals for broadband terahertz pulses generation, Appl. Phys. Lett., 2011, V. 99, 081105.
5. S.A. Bereznaya et al. Broadband and narrowband terahertz generation and detection in GaSe1-xSx crystals, J. Opt., 2017, V. 19, N 11, 115503.
6. A. Sell et al. Phase-locked generation and field-resolved detection of widely tunable terahertz pulses with amplitudes exceeding 100 MV/cm, Opt. Lett., 2008, V. 33, N 23, 2767.
7. С.И. Драпак и др. Собственный окисел, возникающий на поверхности скола селенида галлия в результате длительного хранения, ФТП, 2008, т. 42, вып. 4, 423.
8. Ершов А.В., Машин А.И. Многослойные оптические покрытия. Проектирование, материалы, особенности технологии получения методом электроннолучевого испарения. Учебно-методический материал по программе повышения квалификации «Новые материалы электроники и оптоэлектроники для информационно-телекоммуникационных систем». Нижний Новгород, 2006, 99 с.
Claims (3)
1. Нелинейно-оптический элемент на основе монокристалла GaSe с просветляющим покрытием для генерации терагерцового излучения, включающий пластину из селенида галлия и просветляющее покрытие из SiO2, отличающийся тем, что пленки просветляющего покрытия нанесены на обе стороны пластины GaSe и выполнены однослойными.
2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что монокристалл GaSe с просветляющими покрытиями помещен в металлический защитный держатель, имеющий основание и защитную крышку с круглой апертурой, при этом элемент выполнен с клеевой защитой торцов монокристалла от окисления.
3. Элемент по п.1 или 2, отличающийся тем, что пленки просветляющего покрытия выполнены толщиной 137 нм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019118477U RU193143U1 (ru) | 2019-06-14 | 2019-06-14 | Нелинейно-оптический элемент на основе монокристалла GaSe с двусторонним просветляющим покрытием для генерации терагерцового излучения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019118477U RU193143U1 (ru) | 2019-06-14 | 2019-06-14 | Нелинейно-оптический элемент на основе монокристалла GaSe с двусторонним просветляющим покрытием для генерации терагерцового излучения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU193143U1 true RU193143U1 (ru) | 2019-10-15 |
Family
ID=68280528
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019118477U RU193143U1 (ru) | 2019-06-14 | 2019-06-14 | Нелинейно-оптический элемент на основе монокристалла GaSe с двусторонним просветляющим покрытием для генерации терагерцового излучения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU193143U1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2472876C1 (ru) * | 2011-08-16 | 2013-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет" (ТГУ) | СПОСОБ ИЗМЕНЕНИЯ ОБЫКНОВЕННОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ НЕЛИНЕЙНОГО КРИСТАЛЛА GaSe |
RU2478243C1 (ru) * | 2011-11-11 | 2013-03-27 | Учреждение Российской академии наук Институт прикладной физики РАН | Частотно-перестраиваемый источник когерентного излучения дальнего инфракрасного и терагерцового диапазона на полупроводниковой наногетероструктуре |
US20150316832A1 (en) * | 2014-04-30 | 2015-11-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Terahertz-wave generation device and measurement apparatus including the same |
US20170059963A1 (en) * | 2010-03-04 | 2017-03-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Terahertz-wave generating element terahertz-wave detecting element and terahertz time-domain spectroscopy device |
RU2617561C1 (ru) * | 2015-11-13 | 2017-04-25 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Применение нелинейного кристалла трибората лития (LBO) для фазосогласованной генерации излучения терагерцового диапазона |
RU184751U1 (ru) * | 2018-06-18 | 2018-11-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Нелинейно-оптический элемент на основе монокристалла GaSe с просветляющим покрытием для генерации терагерцового излучения |
-
2019
- 2019-06-14 RU RU2019118477U patent/RU193143U1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20170059963A1 (en) * | 2010-03-04 | 2017-03-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Terahertz-wave generating element terahertz-wave detecting element and terahertz time-domain spectroscopy device |
RU2472876C1 (ru) * | 2011-08-16 | 2013-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет" (ТГУ) | СПОСОБ ИЗМЕНЕНИЯ ОБЫКНОВЕННОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ НЕЛИНЕЙНОГО КРИСТАЛЛА GaSe |
RU2478243C1 (ru) * | 2011-11-11 | 2013-03-27 | Учреждение Российской академии наук Институт прикладной физики РАН | Частотно-перестраиваемый источник когерентного излучения дальнего инфракрасного и терагерцового диапазона на полупроводниковой наногетероструктуре |
US20150316832A1 (en) * | 2014-04-30 | 2015-11-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Terahertz-wave generation device and measurement apparatus including the same |
RU2617561C1 (ru) * | 2015-11-13 | 2017-04-25 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Применение нелинейного кристалла трибората лития (LBO) для фазосогласованной генерации излучения терагерцового диапазона |
RU184751U1 (ru) * | 2018-06-18 | 2018-11-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Нелинейно-оптический элемент на основе монокристалла GaSe с просветляющим покрытием для генерации терагерцового излучения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Devos et al. | Evidence of laser-wavelength effect in picosecond ultrasonics: possible connection with interband transitions | |
JP5419411B2 (ja) | テラヘルツ波発生素子 | |
Bodrov et al. | Highly efficient optical-to-terahertz conversion in a sandwich structure with LiNbO 3 core | |
Vijayalakshmi et al. | Nonlinear optical properties of silicon nanoclusters | |
Wen et al. | A large scale perfect absorber and optical switch based on phase change material (Ge2Sb2Te5) thin film | |
Russo et al. | Sputtered ferroelectric thin‐film electro‐optic modulator | |
Redkin et al. | GaSe crystals with antireflection coatings for terahertz generation | |
CN106442391B (zh) | 一种超宽频谱的太赫兹波时域光谱相干探测方法及装置 | |
Castañeda et al. | Structural, morphological, optical, and nonlinear optical properties of fluorine‐doped zinc oxide thin films deposited on glass substrates by the chemical spray technique | |
Mante et al. | Generation of terahertz acoustic waves in semiconductor quantum dots using femtosecond laser pulses | |
Yan et al. | Thickness dependency of PVA on the transition from saturable absorption to reverse saturable absorption of ITO films | |
Zhao et al. | Nonlinear optical properties of lanthanum doped lead titanate thin film using Z‐scan technique | |
RU193143U1 (ru) | Нелинейно-оптический элемент на основе монокристалла GaSe с двусторонним просветляющим покрытием для генерации терагерцового излучения | |
Li et al. | Photocarriers dynamics in silicon wafer studied with optical-pump terahertz-probe spectroscopy | |
RU184751U1 (ru) | Нелинейно-оптический элемент на основе монокристалла GaSe с просветляющим покрытием для генерации терагерцового излучения | |
Palto et al. | Plasmon electro-optic effect in a subwavelength metallic nanograting with a nematic liquid crystal | |
JP2012047595A (ja) | テラヘルツ波検出装置 | |
Li et al. | Terahertz pulse shaping via birefringence in lithium niobate crystal | |
Salim | Effect of thickness on the optical properties of ZnO thin films prepared by pulsed laser deposition technique (PLD) | |
Evans et al. | Elimination of photorefractive grating writing instabilities in iron-doped lithium niobate | |
Andreev et al. | Simultaneous generation of second and third optical harmonics on a metal grating | |
Liu et al. | Experimental demonstration of self-phase-modulation induced wavelength shift in an 80-nm thick ITO-ENZ material in the telecom C band | |
Aleksandrovsky et al. | Deep-UV generation in an SBO crystal with an irregular domain structure | |
Matsumura et al. | Optimization of terahertz wave generation from nonlinear optical crystal using amorphous fluoropolymer coating | |
Chaib¹ et al. | Optical properties of a thin layer of the Vanadium dioxide at the metal state |